受蝙蝠啟發的微型無人機如何在黑暗和暴風雨的條件下拯救生命

不要被煙霧機、怪異燈光和人造蝙蝠所愚弄：伍斯特理工學院的機器人實驗室不會舉辦萬聖節派對。

相反，它是小型無人機的試驗場，即使在黑暗、煙霧或暴風雨中也可以用於搜索和救援任務。

“我們都知道，在地震或海嘯期間，首先損壞的是電線。這種情況通常發生在晚上，你不會等到第二天早上才去營救倖存者，”機器人學助理教授尼廷·桑克特 (Nitin Sanket) 說。 “所以我們開始研究自然。世界上真的有能做到這一點的生物嗎？”

桑克特和他的學生在蝙蝠和有翼哺乳動物高度複雜的迴聲定位或通過反射聲音導航的能力中找到了答案。在國家科學基金會撥款的幫助下，他們正在開發小型、低成本、節能的空中機器人，這些機器人可以在當前無人機無法操作的地點和時間飛行。

上個月，巴基斯坦的救援人員使用無人機搜尋因嚴重洪水而被困在屋頂上的人們。八月，救援隊使用無人機找到了一名被困在瀑布後面兩天的加州男子。 7 月，無人機幫助三名被困在加拿大地下 60 多個小時的礦工找到了一條穩定的路線。

儘管無人機在搜救行動中變得越來越普遍，但桑克特和其他國家的研究人員希望超越目前使用的獨立手動操作機器人。弗吉尼亞理工大學助理教授瑞安·威廉姆斯說，下一步的關鍵是開發可以成群部署的空中機器人，並自主決定尋找方向。

“這種類型的部署——自主無人機——實際上為零，”他說。

威廉姆斯通過最近的一個項目解決了這個問題，該項目涉及對無人機進行編程，以與人類搜索者協調選擇搜索軌跡。除此之外，他的團隊利用數千起失踪人員案件的歷史數據創建了一個模型，可以預測一個人在樹林中迷路時會如何反應。

“然後我們使用該模型來更好地定位我們的無人機，並尋找更有可能找到某人的地方，”他說。

Sanket 在 WPI 的項目旨在解決現有無人機的其他限制，包括其尺寸和傳感能力。

“當前的機器人體積大、笨重、昂貴，無法處理所有場景，”他說。

相比之下，它的無人機適合手掌大小，主要由廉價的業餘材料製成，並且可以在黑暗中操作。這種小型超聲波傳感器與公共廁所自動水龍頭中使用的傳感器沒有什麼不同，它通過發出高頻聲音脈衝並利用迴聲來檢測其路徑中的障礙物來模仿蝙蝠的行為。

在最近的一次演示中，一名學生使用遙控器在明亮的房間裡駕駛無人機，然後再次關閉除了微弱的紅燈之外的所有東西。當它接近透明的有機玻璃牆時，無人機不斷地停下來倒退，即使燈光關閉，霧氣和人造雪在空氣中旋轉。

“目前，搜救機器人大多在光天化日之下工作，”桑克特說。 “問題在於，搜救是一項無聊、危險且骯髒的工作，通常必須在黑暗中進行。”

但發展並非一帆風順。研究人員意識到飛行機器人螺旋槳發出的噪音會干擾超聲波，因此需要通過 3D 打印外殼來最大程度地減少干擾。他們還使用人工智能來教無人機過濾和解釋音頻信號。

然而，要與蝙蝠相媲美還有很長的路要走，蝙蝠可以收縮並收緊肌肉，只聽某些迴聲，並且可以在幾米外探測到人類頭髮大小的東西。

“蝙蝠太棒了，”桑基特說。 “我們距離大自然所取得的成就還很遙遠。但我們的目標是，將來有一天我們會實現這一目標，並且它們將在野外有用。”

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